基于PLC控制的水位報警裝置設計

薛 鋒 張 朋

（大同煤礦集團四老溝礦，山西 大同 037000）

大同煤礦集團四老溝礦鑒于井下主排水系統仍采用人工控制，不具備根據水位或其他參數自動開停水泵，以及遠程控制開停水泵等功能的問題，現自主開發一套PLC控制系統，增加手動與自動引水、排水、停機功能。

1 水位聲光報警裝置具備的功能

正確測量并顯示水倉水位；根據實際情況設置水位上下限；根據實際要求設置引水閥打開時間；設定值掉電保持；超過水位上限聲光報警同時打開引水閥及水泵電機進行排水；低于水位下限聲光報警同時關閉水泵電機；手動排水停機。

2 主電路

圖1 主電路圖

3 水位傳感器原理

根據水中壓強P=ρgH,壓力F=P·S可知，壓強與深度H成正比，當面積一定時，壓力與壓強成正比，所以測量水深可以轉化為測量壓力。通過壓力傳感器，將壓力信號轉換為電流信號送入模擬量模塊，再通過PLC處理就可以變為數字信號。

4 傳感器信號處理方法及編程

使用FX2N-4AD模塊接收水位傳感器的模擬信號，并轉換成數字量，該模塊可接收電流和電壓兩種輸入信號。4個輸入通道，12位分辨率。信號范圍：-10V～ +10V；4～20mA；或 -20mA～20mA。共有32個16位的緩沖存儲器（BFM），用來與主單元交換數據。[1]

（1）模塊位置編號確定

PLC特殊功能模塊的位置編號是這樣確定的：從基本單元最近的模塊算起，由近及遠分別是0#、1#、2#、3#……。該裝置只使用到1個4AD模塊，所以編號為0#。

（2）特殊功能模塊讀指令FROM與寫指令TO

FROM指令用來讀取緩存器中的數據，TO指令用于將數據寫入模塊緩存器中。

（3）傳感器信號接收通道組態選擇BFM#0

該模塊有4個通道，每個通道均可以處理電壓、電流信號，而且有四個狀態選擇：0：-10V～+10V,1：4mA～20mA，2：-20mA～20mA，3：通道關閉。

水位傳感器輸出的是電流信號，所以每個通道選擇1：4mA～20mA。將H1111寫入模塊0#緩存器，即每個通道處理電流信號。

（4）傳感器數據讀取緩存寄存器BFM5#-BFM12

模塊接收的水位傳感器信號通過內部A/D轉換成數字量后被存放在緩存器中。5～8#緩存器存的分別是4個通道的平均采樣值，9～12#緩存器存的是當前值。PLC再通過FROM讀指令存入PLC數據單元。該裝置程序使用平均采樣值。

將通道CH1～CH4的平均采樣信號轉換成數字量后存入PLC內部數據寄存器中，即將4個水倉水位值分別存入到D90、D91、D92、D93。

（5）傳感器函數關系式

當電流為4mA即4000μA時，水位對應0m，當電流為20mA即20000μA時，水位對應8m即為800cm。同時水位與電流呈線性關系。故設函數關系式y=kx+b，其中y代表水深，x代表傳感器電流。

（6）零點與增益值設定BFM24#

水深與電流的函數圖像如圖2。

圖2 水深與電流的函數圖像

零點為當y=0時對應的x的值，所以零點為4000μA。

增益為當y=1000cm時對應的y的值，所以增益值24mA也就是24000μA。

（7）裝置停電但設定值保持

停電保持數據寄存器D200∽D511，除非改寫，否則原有數據不會丟失。無論電源接通與否，PLC運行與否，其內容也不會變化。將設定的上下限與引水持續時間保存在停電保持數據寄存器就可以實現停電不丟失。[3]

（8）超過上限與下限的動作實現

是否超過上限或者下限，需要將水位傳感器的信號與設定值比較，采用PLC比較指令CMP，將比較結果存入中間寄存器。通過中間寄存器的值控制聲光信號與引水、排水動作信號。

例如CMP D1 D2 M0

D1、D2兩個數比較,將 ＞、=、＜三個狀態輸出到三個狀態！而M0為首地址、依次是M0、M1、M2。

（9）引水、排水的打開與關閉[2]

以通道1為例，當水位超過上限時，M0狀態為1，引水電磁閥打開，經過設定的延時后再關閉。引水關閉的同時，排水水泵延時導通定時器狀態為1，Y15狀態為1，排水水泵開關打開進行排水。當排水到水位下限后，超下限M14狀態為1，Y15狀態為0，水泵開關斷開。

（10）上下限及引水延時設定方法

接下來一段時間，當地肥市基本保持平穩，價格以及銷量變化不大。農民對于新型肥料的接受程度每年都有所上升，但上升幅度不大。湖南隆科農資連鎖有限公司以銷售傳統肥料為主，但目前隨著國家政策的導向和市場環境的變化，逐漸在向新型肥料領域擴展業務，并成立新型肥料研發中心，任命專門的技術人員從事新型肥料的推廣工作。

上下限及引水延時設定使用工控觸摸屏數據設定功能，通過連接電纜將設定值送入PLC。

（11）語音模塊

電源輸入：可接 7～30V 電壓供電。

功放輸出：直接驅動無源喇叭，足以驅動任何小型音箱，且聲音洪亮。

音頻輸出：雙聲道音頻信號輸出，可接 3.5耳機座輸出。

控制線接線端：8路對地開關量觸發。

工作狀態指示燈：工作狀態指示，通電常亮，播放或下載音頻文件時閃爍。

音量控制：音量控制，旋轉電位器進行音量大小調節。

5 總結

目前水位監測報警裝置已應用于該礦副立井、南陽路坑底水倉，能夠準確測量并顯示水倉水位；能夠手動排水停機,動作可靠，故障率低，可以有效保護水泵電機。